锂电池供电电源电路如何设计-延长锂电池容量和寿命的注意事项

锂电池

锂(li)电(dian)(dian)池(chi)供电(dian)(dian)电(dian)(dian)源(yuan)电(dian)(dian)路(lu)设计(ji)解析，“锂(li)电(dian)(dian)池(chi)”，是一类由锂(li)金属或(huo)锂(li)合金为负极材(cai)料、使(shi)用(yong)非水电(dian)(dian)解质溶液(ye)的电(dian)(dian)池(chi)。1912年(nian)锂(li)金属电(dian)(dian)池(chi)最(zui)早由Gilbert N. Lewis提出(chu)并研究(jiu)。20世纪70年(nian)代时，M. S. Whittingham提出(chu)并开始研究(jiu)锂(li)离子(zi)电(dian)(dian)池(chi)。由于(yu)锂(li)金属的化学特性非常(chang)活泼(po)，使(shi)得锂(li)金属的加工、保存、使(shi)用(yong)，对环境要求非常(chang)高。随着科学技(ji)术(shu)的发展(zhan)，现在(zai)锂(li)电(dian)(dian)池(chi)已(yi)经成为了(le)主流。

锂(li)(li)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)大致可分为两(liang)类(lei)：锂(li)(li)金属(shu)(shu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)和锂(li)(li)离子电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)。锂(li)(li)离子电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)不含有金属(shu)(shu)态的锂(li)(li)，并且是可以(yi)充电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)的。可充电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)的第(di)五(wu)代产(chan)品锂(li)(li)金属(shu)(shu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)在1996年诞生(sheng)，其安全性(xing)、比(bi)容量、自放电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)率和性(xing)能价格比(bi)均优于(yu)(yu)锂(li)(li)离子电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)。由于(yu)(yu)其自身的高技术(shu)要求(qiu)限制，现在只有少数几(ji)个国家的公司(si)在生(sheng)产(chan)这种锂(li)(li)金属(shu)(shu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)。

锂电池工作原理

锂金属电池：

锂(li)(li)金属(shu)电池(chi)一般是使用二氧(yang)化锰为正极(ji)材料、金属(shu)锂(li)(li)或(huo)其(qi)合(he)金金属(shu)为负(fu)极(ji)材料、使用非水电解(jie)质(zhi)溶液的电池(chi)。

放电反应：Li+MnO2=LiMnO2

锂(li)离子电(dian)池：锂离(li)子电(dian)池一般是使用锂合金金属氧化物(wu)为正极(ji)材(cai)料、石墨为负极(ji)材(cai)料、使用非水电(dian)解质的电(dian)池。

充电(dian)正极上发生(sheng)的反应为：LiCoO2==Li(1-x)CoO2+XLi++Xe-(电(dian)子(zi))

充电负(fu)极上发(fa)生的(de)反应为：6C+XLi++Xe- = LixC6

充电电池(chi)总反(fan)应(ying)：LiCoO2+6C = Li(1-x)CoO2+LixC6

正极

正极材(cai)(cai)料(liao)：可选(xuan)的(de)正极材(cai)(cai)料(liao)很多，主(zhu)流(liu)产品(pin)多采用(yong)锂铁磷酸盐(yan)。不同的(de)正极材(cai)(cai)料(liao)对照：

正极反应(ying)：放电时锂离子(zi)(zi)嵌(qian)(qian)入，充电时锂离子(zi)(zi)脱嵌(qian)(qian)。

充电时：LiFePO4→Li1-xFePO4+xLi+ +xe-放(fang)电时：Li1-xFePO4+xLi+ +xe- → LiFePO4。

负极

负极材料：多(duo)采用(yong)石墨。新的研究发现钛(tai)酸盐可(ke)能是(shi)更好的材料。

负极反应(ying)：放电时锂离子脱(tuo)嵌(qian)，充(chong)电时锂离子嵌(qian)入。

充电时：xLi+ + xe- + 6C → LixC6

放电时(shi)：LixC6→ xLi+ + xe- + 6C

锂电池供电电源电路设计解析

单节锂(li)电池(chi)供(gong)电电源电路设(she)计(ji)，包括升(sheng)压(ya)、充电管理等电路设(she)计(ji)，一(yi)款基于(yu)锂(li)电池(chi)供(gong)电的(de)产品，对于(yu)电源部(bu)分的(de)大致要求是(shi)这样的(de)：

1、由单节可充电锂电池供电；

2、板子自(zi)带充电管理模块，可外(wai)接5V太阳能(neng)板或安卓手(shou)机充电器直接充电；

3、需(xu)要稳定输出5V电压，给(ji)5V模块供电；

4、需要稳定输出3.8V电压，瞬(shun)间带载能力2A以上，给4G模块供电模块供电；

5、需要稳定输出3.3V电压，给MCU和其他(ta)3.3V的电子模(mo)块供电；

首(shou)先，笔者(zhe)通过(guo)查资(zi)料(liao)得(de)知(zhi)，一般(ban)标称(cheng)为3.7V的锂电(dian)(dian)(dian)池的电(dian)(dian)(dian)压(ya)范围是在2.8V~4.2V，如果说想要得(de)到稳定的5V、3.8V和3.3V电(dian)(dian)(dian)压(ya)，显(xian)然不能直接得(de)到，需要借助(zhu)特定电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)芯片来实(shi)现。那么该(gai)如何(he)选择电(dian)(dian)(dian)源(yuan)(yuan)芯片呢？

首(shou)先，要得(de)到5V电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的话(hua)，毋庸置疑，必(bi)须得(de)用升压(ya)(ya)芯(xin)片(pian)了(le)。那么，3.8V和3.3V两种电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)，是否可以直接由(you)锂(li)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)经过(guo)LDO来(lai)实现呢？没毛病，实现也(ye)确实能实现，只(zhi)不(bu)过(guo)，似乎有点浪费锂(li)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)量，因为不(bu)管(guan)是哪款LDO，始终都是输入电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)要高于输出(chu)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)的，这(zhei)样一来(lai)，以得(de)到3.3V电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)为例(li)，锂(li)电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)的电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)最(zui)多放到3.3V多一点，就不(bu)能继续得(de)到稳定的3.3V电(dian)(dian)(dian)(dian)(dian)压(ya)(ya)了(le)，这(zhei)样显然(ran)是不(bu)行的！

思来想去，也只(zhi)有采(cai)用(yong)“先升(sheng)(sheng)压(ya)、再降压(ya)”的(de)方案了(le)，选择一款合适(shi)的(de)升(sheng)(sheng)压(ya)芯片，先将(jiang)锂(li)电池的(de)电压(ya)升(sheng)(sheng)压(ya)至(zhi)5V，再通过降压(ya)芯片，将(jiang)电压(ya)分别稳(wen)压(ya)至(zhi)3.8V和3.3V，这(zhei)样似乎就(jiu)能满足我们的(de)要求了(le)。

当(dang)然，市面上的(de)(de)(de)升压(ya)和降压(ya)的(de)(de)(de)芯片确(que)实是(shi)比较多，笔者之前(qian)尝试过(guo)了一种方案，但是(shi)感觉不(bu)是(shi)特别好，于是(shi)，后(hou)面又找了另外一家的(de)(de)(de)芯片。在厂家技术的(de)(de)(de)指(zhi)导下(xia)，对之前(qian)的(de)(de)(de)电(dian)路进行了改善。那么废话不(bu)多说，接(jie)下(xia)来，笔者就跟(gen)大家来分享一下(xia)我的(de)(de)(de)这套方案。

首先，是锂电池充(chong)电管(guan)(guan)理部分，笔(bi)者选(xuan)用的(de)是TC4056A这款芯片来作为(wei)单节(jie)锂电池的(de)充(chong)电管(guan)(guan)理芯片：

这(zhei)款(kuan)TC4056A也是市面上比较常见(jian)的一款(kuan)单(dan)节锂(li)电(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)充(chong)(chong)电(dian)(dian)(dian)管理芯片，充(chong)(chong)电(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)压固定(ding)在4.2V，最大充(chong)(chong)电(dian)(dian)(dian)电(dian)(dian)(dian)流可大1A，同时自(zi)带锂(li)电(dian)(dian)(dian)池(chi)(chi)温度检测、欠压闭锁、自(zi)动再(zai)充(chong)(chong)电(dian)(dian)(dian)和两(liang)个(ge)用于指(zhi)示充(chong)(chong)电(dian)(dian)(dian)、结束的LED状态引(yin)脚。

高手(shou)们或许发现了(le)笔(bi)者电(dian)(dian)路上的(de)一个问题，那就(jiu)是，锂电(dian)(dian)池(chi)充电(dian)(dian)部分并(bing)没有带保护电(dian)(dian)路，是不(bu)是有安全隐患(huan)？其实(shi)不(bu)然，因为笔(bi)者使(shi)用的(de)电(dian)(dian)池(chi)是铝(lv)包电(dian)(dian)池(chi)，而非(fei)18650那种(zhong)锂电(dian)(dian)池(chi)，这(zhei)种(zhong)铝(lv)包电(dian)(dian)池(chi)本身(shen)就(jiu)已经带了(le)保护板，所以笔(bi)者也就(jiu)没有再多此一举了(le)，那样(yang)也浪费(fei)物料。

接下来，我们就来看下升压(ya)(ya)(ya)部分(fen)的(de)电路(lu)(lu)，锂电池(chi)升压(ya)(ya)(ya)部分(fen)笔者采用(yong)了一颗型号为KF2185的(de)同步升压(ya)(ya)(ya)芯(xin)片(pian)，这款(kuan)芯(xin)片(pian)的(de)同步升压(ya)(ya)(ya)效(xiao)率最高(gao)可(ke)达94%，持续带载能力可(ke)以达到2A以上，可(ke)调节电压(ya)(ya)(ya)输出，外围电路(lu)(lu)也是很简单。

接下来(lai)，就是3.8V的(de)稳压(ya)芯片，笔者这(zhei)里选用的(de)也(ye)是一款可以电(dian)(dian)压(ya)输出的(de)芯片KF7416，这(zhei)款芯片的(de)转换效率也(ye)是最高可达(da)到95%，外围电(dian)(dian)路也(ye)是非常的(de)简单，SOT23-6的(de)封(feng)装，也(ye)算是很节省空间了(le)。

最后(hou)，就(jiu)是3.3V电(dian)压(ya)的(de)(de)(de)(de)(de)稳压(ya)电(dian)路了，关于(yu)3.3V电(dian)压(ya)其实有(you)两种(zhong)渠道可以获得，一(yi)是从(cong)5V得到，另外一(yi)种(zhong)就(jiu)是从(cong)3.8V得到。由于(yu)笔(bi)者这里的(de)(de)(de)(de)(de)3.8V是要(yao)给4G模(mo)块(kuai)供电(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)，而且，出于(yu)省电(dian)考虑，在平时用(yong)不上4G模(mo)块(kuai)的(de)(de)(de)(de)(de)时候，是需要(yao)将4G模(mo)块(kuai)的(de)(de)(de)(de)(de)电(dian)源单(dan)独断(duan)开的(de)(de)(de)(de)(de)，而MCU和其他的(de)(de)(de)(de)(de)3.3V的(de)(de)(de)(de)(de)模(mo)块(kuai)又是需要(yao)一(yi)直上电(dian)的(de)(de)(de)(de)(de)。

因此(ci)，这里就不(bu)能直接用3.8V来稳(wen)压了。关于3.3V的稳(wen)压芯片实在(zai)是太多(duo)了，笔者也就随手(shou)选了一(yi)个性价比还不(bu)错(cuo)的ME6211来使用了。

另(ling)外顺便(bian)提下，在(zai)有些锂电池(chi)应(ying)用(yong)中，如(ru)果不需要用(yong)到(dao)(dao)其他(ta)的(de)电压(ya)(ya)而只需要用(yong)到(dao)(dao)3.3V的(de)电压(ya)(ya)时(shi)，我们(men)也可以选(xuan)择一(yi)个自带升压(ya)(ya)降(jiang)压(ya)(ya)的(de)芯片来实(shi)现，就无(wu)需先升压(ya)(ya)再降(jiang)压(ya)(ya)了，比(bi)如(ru)，笔者了解到(dao)(dao)的(de)KF3448这(zhei)款(kuan)芯片，就能达到(dao)(dao)我们(men)的(de)目的(de)：

当然，在(zai)选择(ze)这些芯片的(de)时(shi)候，很(hen)多(duo)时(shi)候还(hai)是要考虑带载能力、功耗(hao)、体积、价格等方面的(de)因素，大家(jia)在(zai)应用中(zhong)还(hai)是要根据(ju)自己的(de)实际情况作出合(he)理的(de)选择(ze)。

锂电池的种类

延长锂电池容量和寿命的注意事项

1、如果长期用外(wai)接电源为(wei)笔记本电脑供电，或者电池(chi)电量已经超(chao)过80%，马上取下电池(chi)。平(ping)时(shi)充(chong)电不需(xu)将电池(chi)充(chong)满，充(chong)至(zhi)80%左(zuo)右即可(ke)。调整操作系(xi)统的电源选项，将电量警报调至(zhi)20%以上，平(ping)时(shi)电池(chi)电量最低(di)不要低(di)于(yu)20%。

2、手机等小型电子(zi)设备(bei)，充(chong)好电就应立(li)刻断(duan)开电源线 （包(bao)括充(chong)电功能(neng)的USB接口），一直连接会损(sun)害电池。要(yao)经(jing)常充(chong)电，但不必(bi)非得把电池充(chong)满。

3、无论是对笔记本还是手机(ji)等，都一定不要让电池耗尽（自动关机(ji)）。

4、如果要外(wai)出旅行，可(ke)把电(dian)(dian)池充满，但在条件允许(xu)的情(qing)况下随时为电(dian)(dian)器充电(dian)(dian)。

5、使用(yong)更为智能(neng)省(sheng)电的操作(zuo)系统。

联系方式：邹先生

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